Экстремальная ультрафиолетовая литография ( EUVL , также известная просто как EUV ) — это технология, используемая в полупроводниковой промышленности для производства интегральных схем (ИС). Это тип фотолитографии , который использует 13,5 нм экстремальный ультрафиолетовый (EUV) свет из лазерно-импульсной плазмы олова (Sn) для создания сложных узоров на полупроводниковых подложках.
По состоянию на 2023 год [обновлять]ASML Holding является единственной компанией, которая производит и продает EUV-системы для производства чипов, ориентируясь на технологические процессы 5 нм и 3 нм .
Длина волн EUV, используемая в EUVL, составляет около 13,5 нанометров (нм) с использованием плазмы капель олова (Sn), создаваемой лазерным импульсом (ионы Sn в ионных состояниях от Sn IX до Sn XIV дают спектральные пики испускания фотонов около 13,5 нм от переходов в ионном состоянии 4p 6 4d n – 4p 5 4d n +1 + 4d n −1 4f. [1] ), для создания рисунка с использованием отражающей фотомаски для экспонирования подложки, покрытой фоторезистом .
.svg/1280px-EUV_photoelectrons_and_secondaries_(vector).svg.png)
В 1960-х годах для производства интегральных схем использовался видимый свет с длиной волны всего 435 нм ( «g-линия» ртути ).
Позднее стали использовать ультрафиолетовый (УФ) свет, сначала с длиной волны 365 нм (ртутная «линия i»), затем с длиной волны эксимерного излучения, сначала 248 нм ( криптон-фторидный лазер ), затем 193 нм ( аргон-фторидный лазер ), который называли глубоким УФ.
Следующий шаг, еще меньший, назывался экстремальным УФ, или EUV. Технология EUV многими считалась невозможной.
EUV-свет поглощается стеклом и воздухом, поэтому вместо использования линз для фокусировки лучей света, как это делалось ранее, понадобятся зеркала в вакууме. Надежное производство EUV также было проблематичным. Затем ведущие производители степперов Canon и Nikon прекратили разработку, и некоторые предсказали конец закона Мура . [ необходима цитата ]
В 1991 году ученые из Bell Labs опубликовали статью, демонстрирующую возможность использования длины волны 13,8 нм для так называемой мягкой рентгеновской проекционной литографии. [2]
Чтобы решить проблему EUV-литографии, исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора , Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Национальных лабораторий Сандия получили финансирование в 1990-х годах для проведения фундаментальных исследований технических препятствий. Результаты этих успешных усилий были распространены через государственно-частное партнерское соглашение о кооперативных НИОКР (CRADA), при этом изобретение и права полностью принадлежали правительству США, но лицензировались и распространялись с одобрения DOE и Конгресса. [3] CRADA состояла из консорциума частных компаний и лабораторий, представленных как организация под названием Extreme Ultraviolet Limited Liability Company (EUV LLC). [4]
Intel , Canon и Nikon (лидеры в этой области в то время), а также голландская компания ASML и Silicon Valley Group (SVG) все пытались получить лицензию. Конгресс отказал [ требуется цитата ] японским компаниям в необходимом разрешении, поскольку они считались сильными техническими конкурентами в то время и не должны были получать выгоду от финансируемых налогоплательщиками исследований за счет американских компаний. [5] В 2001 году SVG была приобретена ASML, оставив ASML единственным благодетелем критической технологии. [6]
К 2018 году ASML удалось развернуть интеллектуальную собственность от EUV-LLC после нескольких десятилетий исследований в области развития, с включением финансируемой Европой EUCLIDES (Extreme UV Concept Lithography Development System) и давнего партнера немецкого производителя оптики ZEISS и поставщика синхротронных источников света Oxford Instruments. Это привело к тому, что MIT Technology Review назвал его «машиной, которая спасла закон Мура». [7] Первый прототип в 2006 году производил одну пластину за 23 часа. По состоянию на 2022 год сканер производит до 200 пластин в час. Сканер использует оптику Zeiss, которую эта компания называет «самыми точными зеркалами в мире», произведенную путем обнаружения дефектов и последующего отбрасывания отдельных молекул с помощью таких методов, как ионно-лучевое формирование. [8]
Это сделало некогда небольшую компанию ASML мировым лидером в производстве сканеров и монополистом в этой передовой технологии и привело к рекордному обороту в 18,6 млрд евро в 2021 году, затмив своих конкурентов Canon и Nikon, которым было отказано в доступе к интеллектуальной собственности. Поскольку это такая ключевая технология для развития во многих областях, лицензиар США оказал давление на голландские власти, чтобы они не продавали эти машины Китаю . ASML следовала рекомендациям голландского экспортного контроля и до дальнейшего уведомления не будет иметь полномочий поставлять машины в Китай. [9]
Наряду с множественным шаблонированием , EUV проложил путь к более высокой плотности транзисторов, что позволяет производить более производительные процессоры. Более мелкие транзисторы также требуют меньше энергии для работы, что приводит к более энергоэффективной электронике.
Согласно отчету Pragma Market Research, [10] прогнозируется, что мировой рынок литографии в экстремальном ультрафиолете (EUV) вырастет с 8 957,8 млн долларов США в 2024 году до 17 350 млн долларов США к 2030 году при совокупном годовом темпе роста (CAGR) 11,7%. Этот значительный рост отражает растущий спрос на миниатюрную электронику в различных секторах, включая смартфоны , искусственный интеллект и высокопроизводительные вычисления .
Требования к шаговым двигателям EUV, учитывая количество слоев в конструкции, требующих EUV, количество машин и желаемую производительность фабрики, предполагая круглосуточную работу. [11]
EUV- фотомаски работают, отражая свет, [12] что достигается за счет использования нескольких чередующихся слоев молибдена и кремния . Это отличается от обычных фотошаблонов, которые работают, блокируя свет с помощью одного слоя хрома на кварцевой подложке. EUV-маска состоит из 40–50 [13] чередующихся слоев кремния и молибдена; [14] это многослойная структура, которая отражает экстремальный ультрафиолетовый свет посредством дифракции Брэгга ; отражательная способность сильно зависит от угла падения и длины волны, причем более длинные волны отражают более близкое к нормальному падению, а более короткие волны отражают более далекое от нормального падения. Многослойная структура может быть защищена тонким слоем рутения , называемым защитным слоем. [13] [15] [16] Рисунок определяется в поглощающем слое на основе тантала поверх защитного слоя. [17]
Пустые фотошаблоны в основном производятся двумя компаниями: AGC Inc. и Hoya Corporation . [18] Оборудование для ионно-лучевого осаждения, в основном производимое Veeco , часто используется для нанесения многослойного покрытия. [13] Пустой фотошаблон покрывается фоторезистом , который затем запекается (затвердевает) в печи, а затем на фоторезисте определяется рисунок с помощью безмасочной литографии с электронным лучом. Этот шаг называется экспонированием. [19] Экспонированный фоторезист проявляется (удаляется), а незащищенные области протравливаются. Затем оставшийся фоторезист удаляется. Затем маски проверяются и позже восстанавливаются с помощью электронного луча . [20] Травление должно выполняться только в поглощающем слое [13] , и поэтому необходимо различать покрытие и поглощающий слой, что известно как селективность травления [21] и отличается от травления в обычных фотошаблонах, которые имеют только один слой, критически важный для их функции. [22]
Инструмент EUV (машина для фотолитографии EUV) имеет лазерный источник света на основе плазмы олова (Sn), отражательную оптику, состоящую из многослойных зеркал, содержащихся в среде газообразного водорода . [23] Водород используется для удержания зеркала коллектора EUV, как первого зеркала, собирающего EUV, испускаемое в большом диапазоне углов (~2π ср ) из плазмы Sn, в источнике, свободном от осаждения Sn. [24] В частности, буферный газ водорода в камере или сосуде источника EUV замедляет или, возможно, отталкивает ионы Sn и осколки Sn, движущиеся к коллектору EUV (защита коллектора), и обеспечивает химическую реакцию для удаления осаждения Sn на коллекторе в виде газа (восстановление отражательной способности коллектора).
EUVL — это существенное отклонение от стандарта глубокой ультрафиолетовой литографии. Все вещества поглощают EUV- излучение. Следовательно, EUV-литография требует вакуума. Все оптические элементы, включая фотошаблон , должны использовать бездефектные многослойные покрытия молибдена / кремния (Mo/Si) (состоящие из 50 бислоев Mo/Si, теоретический предел отражательной способности которых при 13,5 нм составляет ~75% [25] ), которые отражают свет посредством межслоевой волновой интерференции; любое из этих зеркал поглощает около 30% падающего света, поэтому важен контроль температуры зеркала.
Текущие системы EUVL содержат по крайней мере два конденсаторных многослойных зеркала, шесть проекционных многослойных зеркал и многослойный объект (маску). Поскольку зеркала поглощают 96% EUV-света, идеальный источник EUV должен быть намного ярче своих предшественников. Разработка источника EUV была сосредоточена на плазме, генерируемой лазерными или разрядными импульсами. Зеркало, отвечающее за сбор света, напрямую подвергается воздействию плазмы и уязвимо для повреждений от высокоэнергетических ионов [26] [27] и другого мусора [28] , такого как капли олова, которые требуют ежегодной замены дорогостоящего зеркала-коллектора. [29]
Требуемые ресурсы утилиты значительно больше для EUV по сравнению с иммерсионным 193 нм , даже при двух экспозициях с использованием последнего. На симпозиуме EUV 2009 года компания Hynix сообщила, что эффективность сетевой вилки составила ~0,02% для EUV, т. е. для получения 200 Вт при промежуточном фокусе для 100 пластин в час потребуется 1 мегаватт входной мощности по сравнению со 165 киловаттами для иммерсионного сканера ArF, и что даже при той же пропускной способности площадь поверхности сканера EUV была примерно в 3 раза больше площади поверхности иммерсионного сканера ArF, что привело к потере производительности. [30] Кроме того, для ограничения ионных обломков может потребоваться сверхпроводящий магнит. [31]
Типичный инструмент EUV весит около 200 тонн [32] и стоит около 180 миллионов долларов США. [33]
Инструменты EUV потребляют как минимум в 10 раз больше энергии, чем инструменты погружения. [34]
В следующей таблице приведены основные различия между системами EUV, находящимися в разработке, и системами иммерсии ArF , которые сегодня широко используются в производстве:
Различные степени разрешения среди инструментов с числовой апертурой 0,33 обусловлены различными вариантами освещения. Несмотря на потенциал оптики для достижения разрешения ниже 20 нм, вторичные электроны в резисте практически ограничивают разрешение до 20 нм (подробнее об этом ниже). [46]
Нейтральные атомы или конденсированное вещество не могут испускать EUV-излучение. Ионизация должна предшествовать EUV-излучению в веществе. Термическое производство многозарядных положительных ионов возможно только в горячей плотной плазме , которая сама по себе сильно поглощает EUV. [47] По состоянию на 2016 год установленным источником EUV-света является лазерно-импульсная оловянная плазма. [48] Ионы поглощают EUV-свет, который они испускают, и легко нейтрализуются электронами в плазме до более низких зарядовых состояний, которые производят свет в основном на других, непригодных для использования длинах волн, что приводит к значительному снижению эффективности генерации света для литографии при более высокой плотности мощности плазмы.
Пропускная способность связана с мощностью источника, деленной на дозу. [49] Более высокая доза требует более медленного движения столика (более низкой пропускной способности), если мощность импульса не может быть увеличена.
Отражательная способность коллектора EUV ухудшается на ~0,1–0,3% на миллиард импульсов 50 кГц (~10% за ~2 недели), что приводит к потере времени безотказной работы и пропускной способности, в то время как даже для первых нескольких миллиардов импульсов (в течение одного дня) все еще наблюдается 20% (±10%) флуктуация. [50] Это может быть связано с накоплением остатков Sn, упомянутых выше, которые не полностью очищаются. [51] [52] С другой стороны, обычные инструменты иммерсионной литографии для двойного шаблонирования обеспечивают стабильный выход в течение года. [53]
Недавно осветитель NXE:3400B отличается меньшим коэффициентом заполнения зрачка (PFR) до 20% без потери пропускания. [54] PFR максимизирован и превышает 0,2 вокруг металлического шага 45 нм. [55]
Из-за использования EUV-зеркал, которые также поглощают EUV-свет, только небольшая часть исходного света в конечном итоге доступна на пластине. Для оптики освещения используются 4 зеркала, а для проекционной оптики — 6 зеркал. EUV-маска или сетка сама по себе является дополнительным зеркалом. При 11 отражениях только ~2% исходного EUV-света доступно на пластине. [56]
Пропускная способность определяется дозой резиста EUV, которая, в свою очередь, зависит от требуемого разрешения. [57] Ожидается, что доза 40 мДж/см2 будет поддерживаться для адекватной пропускной способности. [58]
Источник света EUV ограничивает время безотказной работы инструмента, помимо пропускной способности. Например, в течение двухнедельного периода может быть запланировано более семи часов простоя, в то время как общее фактическое время простоя, включая незапланированные проблемы, может легко превысить день. [56] Ошибка дозы более 2% гарантирует простой инструмента. [56]
Пропускная способность экспонирования пластин неуклонно росла до примерно 1000 пластин в день (на систему) в период 2019–2022 гг. [59] [60] , что указывает на значительное время простоя, при этом в среднем для одной пластины EUV производилась обработка >120 пластин в день на нескольких многошаблонных слоях EUV.
EUV (10–121 нм) — это полоса, длиннее рентгеновского излучения (0,1–10 нм) и короче линии водорода Лайман-альфа .
В то время как современные 193 нм эксимерные лазеры ArF обеспечивают интенсивность 200 Вт/см2 , [ 61] лазеры для получения плазмы, генерирующей EUV, должны быть гораздо более интенсивными, порядка 1011 Вт /см2 . [ 62] Современный источник света ArF для иммерсионной литографии мощностью 120 Вт требует не более 40 кВт электрической мощности, [63] в то время как источники EUV должны превышать 40 кВт. [64]
Оптическая мощность для EUV-литографии составляет не менее 250 Вт, в то время как для других традиционных источников литографии она намного меньше. [56] Например, источники света для иммерсионной литографии составляют 90 Вт, сухие источники ArF — 45 Вт, а источники KrF — 40 Вт. Ожидается, что для источников EUV с высокой числовой апертурой потребуется не менее 500 Вт. [56]
Фундаментальным аспектом инструментов EUVL, возникающим в результате использования отражательной оптики, является внеосевое освещение (под углом 6°, в разных направлениях в разных положениях внутри щели освещения) [65] на многослойной маске (сетке). Это приводит к эффектам затенения, приводящим к асимметрии в дифракционной картине, которая ухудшает точность картины различными способами, как описано ниже. [66] [67] Например, одна сторона (за тенью) будет казаться ярче другой (внутри тени). [68]
Поведение световых лучей в плоскости отражения (воздействующих на горизонтальные линии) отличается от поведения световых лучей вне плоскости отражения (воздействующих на вертикальные линии). [69] Наиболее заметно, что горизонтальные и вертикальные линии одинакового размера на EUV-шаблоне напечатаны на пластине разного размера.
Сочетание внеосевой асимметрии и эффекта затенения маски приводит к принципиальной неспособности двух идентичных объектов, даже находящихся в непосредственной близости, быть в фокусе одновременно. [70] Одной из ключевых проблем EUVL является асимметрия между верхней и нижней линией пары горизонтальных линий (так называемая «двухполосная»). Некоторые способы частичной компенсации — использование вспомогательных объектов, а также асимметричного освещения. [71]
Расширение случая с двумя полосами до решетки, состоящей из множества горизонтальных линий, показывает аналогичную чувствительность к расфокусировке. [72] Это проявляется в разнице критических размеров (CD) между верхними и нижними краевыми линиями набора из 11 горизонтальных линий.
Поляризация путем отражения также приводит к частичной поляризации EUV-света, что способствует визуализации линий, перпендикулярных плоскости отражений. [73] [74]
Поглотитель EUV-маски из-за частичного пропускания генерирует разность фаз между 0-м и 1-м порядками дифракции линейно-пространственного рисунка, что приводит к сдвигам изображения (при заданном угле освещения), а также к изменениям пиковой интенсивности (приводящим к изменениям ширины линии), которые дополнительно усиливаются из-за расфокусировки. [75] [76] В конечном итоге это приводит к разным положениям наилучшего фокуса для разных шагов и разных углов освещения. Как правило, сдвиг изображения уравновешивается из-за того, что точки источника освещения спарены (каждая по разные стороны оптической оси). Однако отдельные изображения накладываются друг на друга, и результирующий контраст изображения ухудшается, когда сдвиги отдельных изображений источника достаточно велики. Разность фаз в конечном итоге также определяет наилучшее положение фокуса.
Многослойность также отвечает за смещение изображения из-за фазовых сдвигов от дифрагированного света внутри самой многослойности. [77] Это неизбежно из-за того, что свет дважды проходит через шаблон маски. [78]
Использование отражения приводит к тому, что положение экспонирования пластины становится чрезвычайно чувствительным к плоскостности сетки и зажиму сетки. Поэтому требуется поддерживать чистоту зажима сетки. Небольшие ( в масштабе миллирадиан ) отклонения плоскостности маски в локальном наклоне в сочетании с расфокусировкой пластины. [79] Что еще более важно, расфокусировка маски приводит к большим ошибкам наложения. [80] [81] В частности, для 10-нм слоя металла узла 1 (включая шаги 48 нм, 64 нм, 70 нм, изолированные и силовые линии) неисправимая ошибка размещения шаблона составила 1 нм для сдвига z-позиции маски на 40 нм. [82] Это глобальный сдвиг шаблона слоя относительно ранее определенных слоев. Однако элементы в разных местах также будут смещаться по-разному из-за разных локальных отклонений от плоскостности маски, например, из-за дефектов, скрытых под многослойной структурой. Можно оценить, что вклад неплоскостности маски в ошибку наложения составляет примерно 1/40 от вариации толщины от пика до впадины. [83] При спецификации пика до впадины бланка 50 нм возможна ошибка размещения изображения ~1,25 нм. Изменения толщины бланка до 80 нм также вносят свой вклад, что приводит к сдвигу изображения до 2 нм. [83]
Внеосевое освещение сетки также является причиной нетелецентричности в расфокусировке пластины, которая потребляет большую часть бюджета наложения 1,4 нм сканера NXE:3400 EUV [84] даже для таких свободных правил проектирования, как шаг 100 нм. [85] Самая большая неисправимая ошибка размещения шаблона для линии 24 нм составила около 1,1 нм относительно соседней линии мощности 72 нм на 80 нм сдвиг положения фокуса пластины в положении одной щели; при включении производительности поперек щели наихудшая ошибка составляет более 1,5 нм в окне расфокусировки пластины [82] В 2017 году актинический микроскоп, имитирующий систему EUV-литографии с числовой апертурой 0,33 с освещением Quasar 45 0,2/0,9, показал, что контактная решетка с шагом 80 нм сместилась на −0,6–1,0 нм, а контактная решетка с шагом 56 нм сместилась на −1,7–1,0 нм относительно горизонтальной опорной линии в окне расфокусировки ±50 нм. [86]
Расфокусировка пластины также приводит к ошибкам размещения изображения из-за отклонений от локальной плоскостности маски. Если локальный наклон обозначен углом α, изображение проецируется смещенным в 4-кратном проекционном инструменте на 8α × (DOF/2) = 4α DOF , где DOF — глубина фокуса. [87] Для глубины фокуса 100 нм небольшое локальное отклонение от плоскостности в 2,5 мрад (0,14°) может привести к сдвигу рисунка на 1 нм.
Моделирование, а также эксперименты показали, что дисбаланс зрачка в EUV-литографии может привести к ошибкам размещения рисунка, зависящим от шага. [88] [89] Поскольку дисбаланс зрачка изменяется со старением или загрязнением зеркала коллектора EUV, такие ошибки размещения могут быть нестабильными с течением времени. Ситуация особенно сложна для логических устройств, где несколько шагов имеют критические требования одновременно. [90] Проблема идеально решается с помощью множественных экспозиций с индивидуально подобранным освещением. [91]
Направление освещения также сильно зависит от положения щели, по существу вращаясь азимутально. [95] [96] [43] [97] [98] [99] Nanya Technology и Synopsys обнаружили, что горизонтальное и вертикальное смещение изменяются поперек щели при дипольном освещении. [100] Вращающаяся плоскость падения (азимутальный диапазон в пределах от −25° до 25°) подтверждается в актиничном обзорном микроскопе SHARP в CXRO, который имитирует оптику для систем проекционной литографии EUV. [101] Причина этого в том, что зеркало используется для преобразования прямых прямоугольных полей в дугообразные поля. [102] [103] Чтобы сохранить фиксированную плоскость падения, отражение от предыдущего зеркала будет под другим углом к поверхности для другого положения щели; это вызывает неоднородность отражательной способности. Чтобы сохранить однородность, используется вращательная симметрия с вращающейся плоскостью падения. [104] В более общем смысле, так называемые системы «кольцевого поля» уменьшают аберрации, полагаясь на вращательную симметрию дугообразного поля, полученного из внеосевого кольца. [105] Это предпочтительно, поскольку отражающие системы должны использовать внеосевые пути, которые усугубляют аберрации. Следовательно, идентичные шаблоны кристаллов в разных половинах дугообразной щели потребуют разных OPC . Это делает их непроверяемыми путем сравнения кристаллов, поскольку они больше не являются по-настоящему идентичными кристаллами. Для шагов, требующих дипольного, квадрупольного или гексапольного освещения, вращение также вызывает несоответствие с той же компоновкой шаблона в другом положении щели, т. е. край против центра. Даже при кольцевом или круговом освещении вращательная симметрия нарушается многослойной отражательной способностью, зависящей от угла, описанной выше. Хотя диапазон азимутального угла составляет около ±20° [106] ( полевые данные NXE3400 [107] указывают на 18,2° [108] ) на сканерах с числовой апертурой 0,33, при проектных нормах 7 нм (шаг 36–40 нм) допуск на освещение может составлять ±15°, [109] [110] или даже меньше. [111] [112] [107] Неравномерность и асимметрия кольцевого освещения также существенно влияют на визуализацию. [113] При шаге 28 нм необходимое дипольное освещение становится невозможным для поддержания поперек щели на системах EUV с числом апертур 0,33. [114]
Больший угол падения для тенденции освещения диполя, зависящей от высоты тона, через щель не влияет так сильно на затенение горизонтальных линий, но затенение вертикальных линий увеличивается от центра к краю. [115] Кроме того, системы с более высокой числовой апертурой могут предложить ограниченное облегчение затенения, поскольку они нацелены на узкие высоты тона. [115]
Зависимость положения щели особенно сложна для наклонных шаблонов, встречающихся в DRAM. [98] Помимо более сложных эффектов из-за затенения и вращения зрачка, наклонные края преобразуются в форму лестницы, которая может быть искажена OPC. Фактически, 32-нм шаг DRAM с EUV удлинится по крайней мере до 9 F 2 площади ячейки, где F — это активная область полушага (традиционно это было 6 F 2 ). [100] При 2-D самосовмещенном двойном шаблоне разреза активной области площадь ячейки все еще ниже — 8,9 F 2 . [116]
Аберрации , возникающие из-за отклонений оптических поверхностей от субатомных (<0,1 нм) спецификаций [117] , а также термических деформаций [118] [119] и, возможно, включая эффекты поляризованного отражения [120] , также зависят от положения щели [121] [119] , как будет далее обсуждаться ниже в отношении оптимизации источника-маски (SMO). Ожидается, что термически индуцированные аберрации будут проявлять различия между различными положениями поперек щели, соответствующими различным положениям поля, поскольку каждое положение сталкивается с различными частями деформированных зеркал. [122] По иронии судьбы, использование материалов подложки с высокой термической и механической стабильностью затрудняет компенсацию ошибок волнового фронта [123]
В сочетании с диапазоном длин волн повернутая плоскость падения усугубляет и без того сильное стохастическое воздействие на EUV-изображения. [124]
В отличие от источников глубокой ультрафиолетовой (DUV) литографии, основанных на эксимерных лазерах, плазменные источники EUV производят свет в широком диапазоне длин волн [125], примерно охватывающем 2% FWHM полосы около 13,5 нм (13,36 нм – 13,65 нм при 50% мощности). EUV (10–121 нм) – это полоса длиннее, чем рентгеновские лучи (0,1–10 нм) и короче, чем водородная линия Лайман-альфа .
Хотя спектр EUV не является полностью монохроматическим и даже не настолько спектрально чистым, как лазерные источники DUV, рабочая длина волны обычно принимается равной 13,5 нм. В действительности отраженная мощность распределяется в основном в диапазоне 13,3–13,7 нм. [126] Ширина полосы EUV-света, отраженного многослойным зеркалом, используемым для EUV-литографии, составляет более +/-2% (>270 пм); [127] изменения фазы из-за изменений длины волны при заданном угле освещения могут быть рассчитаны [128] и сравнены с бюджетом аберрации. [129] Зависимость отражательной способности от длины волны [128] [126] также влияет на аподизацию или распределение освещения по зрачку (для разных углов); разные длины волн эффективно «видят» разное освещение, поскольку они по-разному отражаются многослойной маской. [130] [126] Этот эффективный наклон источника освещения может привести к большим смещениям изображения из-за расфокусировки. [131] И наоборот, пиковая отраженная длина волны меняется по зрачку из-за разных углов падения. [126] [132] Это усугубляется, когда углы охватывают большой радиус, например, кольцевое освещение. Пиковая длина волны отражения увеличивается для меньших углов падения. [133] Апериодические многослойные структуры были предложены для снижения чувствительности за счет более низкой отражательной способности, но они слишком чувствительны к случайным колебаниям толщины слоев, например, из-за неточности контроля толщины или взаимной диффузии. [134]
Более узкая полоса пропускания увеличит чувствительность к толщине поглотителя и буфера в масштабе 1 нм. [135]
Блики — это наличие фонового света, возникающего из-за рассеивания поверхностных особенностей, которые не разрешаются светом. В системах EUV этот свет может быть EUV или внеполосным (OoB) светом, который также создается источником EUV. OoB свет добавляет сложность, влияя на экспозицию резиста способами, отличными от тех, которые учитываются при экспозиции EUV. Экспозиция OoB света может быть смягчена слоем, нанесенным поверх резиста, а также особенностями «черной границы» на маске EUV. [136] Однако покрытие слоя неизбежно поглощает EUV свет, а черная граница увеличивает стоимость обработки маски EUV.
Ключевой проблемой для EUV является противомасштабное поведение расстояния от кончика до кончика линии (T2T) при уменьшении половины шага (hp). [111] Это отчасти связано с более низкой контрастностью изображения для бинарных масок, используемых в EUV-литографии, которая не встречается при использовании масок с фазовым сдвигом в иммерсионной литографии. [137] [138] Закругление углов конца линии приводит к укорочению конца линии, [139] и это хуже для бинарных масок. [140] Использование масок с фазовым сдвигом в EUV-литографии изучалось, но сталкивается с трудностями из-за управления фазой в тонких слоях [141], а также из-за полосы пропускания самого EUV-света. [142] Более традиционно для решения проблемы скругления углов и укорочения конца линии используется оптическая коррекция близости (OPC). Несмотря на это, было показано, что разрешение от кончика к кончику и печатная способность кончика линии являются компромиссными по отношению друг к другу, фактически являясь компакт-дисками противоположной полярности. [143]
В однонаправленных металлических слоях расстояние между кончиками является одной из наиболее серьезных проблем для формирования рисунка с одной экспозицией. Для вертикальных линий с шагом 40 нм номинальный зазор между кончиками 18 нм привел к фактическому расстоянию между кончиками 29 нм с OPC, [111] в то время как для горизонтальных линий с шагом 32 нм расстояние между кончиками с номинальным зазором 14 нм составило 31 нм с OPC. [144] Эти фактические расстояния между кончиками определяют нижний предел половины шага металла, идущего в направлении, перпендикулярном кончику. В этом случае нижний предел составляет около 30 нм. При дальнейшей оптимизации освещения (обсуждаемом в разделе об оптимизации источника-маски) нижний предел может быть дополнительно снижен до около 25 нм. [145]
Для больших шагов, где может использоваться обычное освещение, расстояние от кончика до кончика линии обычно больше. Для линий с половинным шагом 24 нм, с номинально нарисованным зазором 20 нм, расстояние фактически составляло 45 нм, в то время как для линий с половинным шагом 32 нм тот же номинальный зазор давал расстояние от кончика до кончика 34 нм. [144] С OPC они становятся 39 нм и 28 нм для половинного шага 24 нм и половинного шага 32 нм соответственно. [146]
Вспомогательные функции часто используются для того, чтобы помочь сбалансировать асимметрию от нетелецентричности в разных положениях щели из-за разных углов освещения, начиная с узла 7 нм, [147] [148] , где шаг составляет ~ 41 нм для длины волны ~ 13,5 нм и NA = 0,33, что соответствует k1 ~ 0,5. [149] Однако асимметрия уменьшается, но не устраняется, поскольку вспомогательные функции в основном усиливают самые высокие пространственные частоты, тогда как промежуточные пространственные частоты, которые также влияют на фокус и положение функции, не сильно затронуты. Связь между первичным изображением и собственными изображениями слишком сильна для того, чтобы асимметрия была устранена вспомогательными функциями; только асимметричное освещение может этого добиться. [71] Вспомогательные функции также могут мешать доступу к шинам питания/заземления. Ожидается, что шины питания будут шире, что также ограничивает эффективность использования вспомогательных функций, ограничивая локальный шаг. Локальные шаги между 1× и 2× минимального шага запрещают размещение вспомогательных элементов, так как просто нет места для сохранения симметрии локального шага. Фактически, для применения к случаю асимметрии двух стержней оптимальное размещение вспомогательных элементов может быть меньше или больше шага двух стержней. [148] В зависимости от оптимизируемого параметра (площадь окна процесса, глубина фокуса, широта экспозиции) оптимальная конфигурация вспомогательных элементов может сильно отличаться, например, шаг между вспомогательным элементом и стержнем может отличаться от шага двух стержней, быть симметричным или асимметричным и т. д.
При шагах менее 58 нм существует компромисс между глубиной фокусировки и потерей контрастности из-за размещения вспомогательных элементов. [148] Как правило, все еще существует компромисс между фокусировкой и экспозицией, поскольку окно дозы ограничено необходимостью, чтобы вспомогательные элементы не печатались случайно.
Дополнительную проблему вызывает дробовой шум; [150] вспомогательные элементы с субразрешением (SRAF) приводят к снижению требуемой дозы, чтобы случайно не напечатать вспомогательные элементы. [151] Это приводит к тому, что меньше фотонов определяют более мелкие элементы (см. обсуждение в разделе о дробовом шуме).
Поскольку SRAF представляют собой меньшие по размеру элементы, чем первичные элементы, и не должны получать дозы, достаточно высокие для печати, они более восприимчивы к стохастическим изменениям дозы, вызывающим ошибки печати; это особенно недопустимо для EUV, где может потребоваться использование фазосдвигающих масок. [152]
Из-за эффектов нетелецентричности стандартные формы зрачка освещения, такие как дисковая или кольцевая, недостаточны для использования для размеров элементов ~20 нм или ниже (узел 10 нм и более). [85] Вместо этого определенные части зрачка (часто более 50%) должны быть асимметрично исключены. Исключаемые части зависят от рисунка. В частности, самые плотные разрешенные линии должны быть выровнены вдоль одного направления и предпочитать дипольную форму. В этой ситуации для 2D-рисунков потребуется литография с двойной экспозицией из-за наличия как X-, так и Y-ориентированных рисунков, каждый из которых требует своей маски 1D-рисунка и ориентации диполя. [153] [154] Может быть 200–400 точек освещения, каждая из которых вносит свой вклад в дозу для балансировки общего изображения через фокус. Таким образом, эффект дробового шума (который будет обсуждаться позже) критически влияет на положение изображения через фокус в большой популяции элементов.
Двойное или множественное нанесение рисунка также может потребоваться, если рисунок состоит из подрисунков, которые требуют существенно разной оптимизированной подсветки из-за разного шага, ориентации, формы и размера.
Во многом из-за формы щели [106] и наличия остаточных аберраций [155] эффективность SMO варьируется в зависимости от положения щели. [156] В каждом положении щели существуют различные аберрации [121] и различные азимутальные углы падения, приводящие к разному затенению. [43] Следовательно, могут быть неисправленные изменения по щели для чувствительных к аберрациям характеристик, которые могут быть неочевидно видны при регулярных шаблонах линейного пространства. [148] В каждом положении щели, хотя оптическая коррекция близости (OPC) , включая вспомогательные функции, упомянутые выше, также может применяться для устранения аберраций, [157] [158] они также вносят обратную связь в спецификацию освещения, [159] [156] [160] [161], поскольку преимущества различаются для разных условий освещения. [157] Это потребовало бы использования различных комбинаций источника и маски в каждой позиции щели, т. е. нескольких экспозиций маски на слой. [121] [162]
Вышеупомянутые хроматические аберрации, вызванные аподизацией, вызванной маской, [130] также приводят к непоследовательным оптимизациям источника-маски для различных длин волн.
Лучший фокус для заданного размера элемента сильно зависит от шага, полярности и ориентации при заданном освещении. [163] При шаге 36 нм горизонтальные и вертикальные элементы темного поля имеют разницу фокуса более 30 нм. Элементы с шагом 34 нм и шагом 48 нм имеют наибольшую разницу наилучшего фокуса независимо от типа элемента. В диапазоне шагов 48–64 нм наилучшее положение фокуса смещается примерно линейно в зависимости от шага на целых 10–20 нм. [164] Для диапазона шагов 34–48 нм наилучшее положение фокуса смещается примерно линейно в противоположном направлении в зависимости от шага. Это можно коррелировать с разностью фаз между нулевым и первым порядками дифракции. [165] Было обнаружено, что вспомогательные элементы, если они могут вписаться в шаг, не сильно уменьшают эту тенденцию для диапазона промежуточных шагов [166] или даже ухудшают ее для случая 18–27 нм и освещения квазаром. [167] Контактные отверстия размером 50 нм на шагах 100 нм и 150 имели наилучшие положения фокуса, разделенные примерно 25 нм; ожидается, что более мелкие элементы будут хуже. [168] Контактные отверстия в диапазоне шага 48–100 нм показали наилучший диапазон фокуса 37 нм. [169] Лучшая позиция фокуса в зависимости от шага также зависит от резиста. [170] Критические слои часто содержат линии с одним минимальным шагом одной полярности, например, траншеи темного поля, в одной ориентации, например, вертикальной, смешанной с пространствами другой полярности другой ориентации. Это часто увеличивает наилучшие различия фокуса и усложняет визуализацию от кончика к кончику и от кончика к линии. [171]
Следствием SMO и сдвига фокусных окон стало уменьшение заполнения зрачка. Другими словами, оптимальное освещение обязательно является оптимизированным перекрытием предпочтительных освещений для различных шаблонов, которые необходимо учитывать. Это приводит к более низкому заполнению зрачка, обеспечивая лучшие результаты. Однако пропускная способность снижается ниже 20% заполнения зрачка из-за поглощения. [172] [173] [54]
Широко рекламируемым преимуществом EUV является относительная простота литографии, на что указывает отношение размера элемента к длине волны, умноженное на числовую апертуру, также известное как отношение k1. Ширина металлической линии 18 нм имеет k1 0,44 для длины волны 13,5 нм, 0,33 NA, например. Для k1, приближающегося к 0,5, некоторое слабое улучшение разрешения, включая маски с ослабленным фазовым сдвигом, использовалось как необходимое для производства с длиной волны лазера ArF (193 нм), [174] [175] [176 ] [177] [178] [179] тогда как это улучшение разрешения недоступно для EUV. [180] [181] [182] В частности, эффекты 3D-маски, включая рассеяние на краях поглотителя, искажают желаемый фазовый профиль. [181] Кроме того, фазовый профиль эффективно выводится из спектра плоской волны, отраженной от многослойного материала через поглотитель, а не из падающей плоской волны. [183] Без поглотителей искажение ближнего поля также происходит на протравленной многослойной боковой стенке из-за наклонного падающего освещения; [184] часть света проходит только через ограниченное количество бислоев вблизи боковой стенки. [68] Кроме того, различные поляризации (TE и TM) имеют различные фазовые сдвиги. [68] . По сути, маска сдвига фазы без хрома обеспечивает разделение высоты тона путем подавления нулевого дифрагированного порядка на маске, но изготовление высококачественной маски сдвига фазы для EUV, безусловно, не является тривиальной задачей. Одним из возможных способов достижения этого является пространственная фильтрация в плоскости Фурье шаблона маски. В Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли свет нулевого порядка представляет собой центрально затененную систему, а дифрагированные порядки +/-1 будут улавливаться прозрачной апертурой, обеспечивая функциональный эквивалент маски сдвига фазы без хрома при использовании обычной маски с двойной амплитудой. [185]
EUV-свет генерирует фотоэлектроны при поглощении веществом. Эти фотоэлектроны, в свою очередь, генерируют вторичные электроны, которые замедляются перед тем, как вступить в химические реакции. [186] Известно, что при достаточных дозах электроны в 40 эВ проникают в резист толщиной 180 нм, что приводит к проявлению. [187] При дозе в 160 мкКл/см2 , что соответствует дозе EUV в 15 мДж/см2, предполагающей один электрон/фотон, 30 эВ-электронов удаляют 7 нм резиста ПММА после стандартного проявления. [188] Для более высокой дозы в 30 эВ в 380 мкКл/см2 , что эквивалентно 36 мДж/см2 при одном электроне/фотоне, удаляется 10,4 нм резиста ПММА. [189] Они указывают расстояния, которые электроны могут пройти в резисте, независимо от направления. [190]
Было показано, что степень фотоэлектронной эмиссии из слоя, лежащего под EUV-фоторезистом, влияет на глубину фокуса. [191] К сожалению, слои жесткой маски имеют тенденцию увеличивать фотоэлектронную эмиссию, ухудшая глубину фокуса. Электроны из расфокусированных изображений в резисте также могут влиять на наилучшее фокусное изображение. [192]
Случайность числа вторичных электронов сама по себе является источником стохастического поведения в изображениях EUV-резиста. Длина шкалы электронного размытия сама по себе имеет распределение. [193] Intel продемонстрировала с помощью строгого моделирования, что высвобождаемые EUV-электроны рассеиваются на расстояниях более 15 нм в EUV-резистах. [194]
На электронное размытие также влияет полное внутреннее отражение от верхней поверхности резистивной пленки. [195] [196]
Вторичные электроны из слоев под резистом могут влиять на профиль резиста, а также на коллапс рисунка. [197] Следовательно, выбор как подслоя, так и слоя под этим слоем является важным фактором для EUV-литографии. Более того, электроны из расфокусированных изображений могут усугубить стохастическую природу изображения. [198]
Из-за высокой эффективности поглощения EUV фоторезистами нагревание и газовыделение становятся основными проблемами. Одной из хорошо известных проблем является осаждение загрязнений на резисте из окружающих или выделяющихся углеводородов, что является результатом реакций, инициируемых EUV или электронами. [199] Органические фоторезисты выделяют углеводороды [200], в то время как фоторезисты на основе оксидов металлов выделяют воду и кислород [201] и металл (в среде водорода); последний не поддается очистке. [52] Известно, что загрязнение углеродом влияет на многослойную отражательную способность [202], в то время как кислород особенно вреден для рутениевых покровных слоев (относительно стабильных в условиях EUV и водорода) на многослойной оптике EUV. [203]
Атомарный водород в камерах инструментов используется для очистки олова и углерода , которые осаждаются на оптических поверхностях EUV. [204] Атомарный водород производится EUV-светом, непосредственно фотоионизирующим H 2 : [205]
Электроны, образующиеся в ходе вышеуказанной реакции, могут также диссоциировать H 2 с образованием атомарного водорода: [205]
Реакция с оловом в источнике света (например, оловом на оптической поверхности в источнике) с образованием летучего SnH 4 ( станнана ), который может быть откачан из источника, протекает по реакции [204]
SnH 4 может достигать покрытий других оптических поверхностей EUV, где он повторно осаждает Sn посредством реакции [204]
Переосаждение может также происходить посредством других промежуточных реакций. [206]
Переосажденный Sn [51] [52] может быть впоследствии удален путем воздействия атомарного водорода. Однако в целом эффективность очистки олова (отношение удаленного потока олова из образца олова к потоку атомарного водорода к образцу олова) составляет менее 0,01% из-за как переосаждения, так и десорбции водорода, что приводит к образованию молекул водорода за счет атомарного водорода. [204] Эффективность очистки олова для оксида олова примерно в два раза выше, чем для олова (с собственным слоем оксида толщиной ~2 нм на нем). [204] Впрыскивание небольшого количества кислорода в источник света может улучшить скорость очистки олова.
Водород также реагирует с металлсодержащими соединениями, восстанавливая их до металла, [207] и диффундирует через кремний [208] и молибден [209] в многослойном покрытии, в конечном итоге вызывая образование пузырей. [210] [211] [212] Покрывающие слои, которые смягчают повреждения, связанные с водородом, часто снижают отражательную способность до уровня значительно ниже 70%. [211] Известно, что покрывающие слои проницаемы для окружающих газов, включая кислород [213] и водород, [214] [215] [216] [217], а также подвержены дефектам образования пузырей, вызванным водородом. [218] [210] Водород также может реагировать с покрывающим слоем, что приводит к его удалению. [219]
Водород может проникать в расплавленное олово (Sn), создавая внутри него пузырьки водорода. Если пузырьки движутся по поверхности расплавленного олова, то она лопается вместе с оловом, что приводит к распространению олова в большом угловом диапазоне. Это явление называется разбрызгиванием олова и является одним из источников загрязнения EUV Collector.
Водород также реагирует с резистами, вытравливая [220] [221] или разлагая [222] их. Помимо фоторезиста, водородная плазма может также вытравливать кремний, хотя и очень медленно. [223] [ необходим непервичный источник ]
Чтобы помочь смягчить вышеуказанные эффекты, последний инструмент EUV, представленный в 2017 году, NXE:3400B, имеет мембрану, которая отделяет пластину от проекционной оптики инструмента, защищая последнюю от выделения газа из резиста на пластине. [54] Мембрана содержит слои, которые поглощают DUV и IR излучение, и пропускает 85–90% падающего EUV излучения. Конечно, есть накопленные загрязнения от выделения газа из пластины, а также частицы в целом (хотя последние не в фокусе, они все еще могут препятствовать свету).
Литографические системы EUV, использующие EUV-свет, работают в фоновом водородном газе с давлением 1–10 Па. [224] Плазма является источником VUV-излучения [225] , а также электронов и ионов водорода [226] . Известно, что эта плазма травит экспонированные материалы. [226] [227]
В 2023 году было опубликовано исследование, поддержанное TSMC, в котором указывалось на чистую зарядку электронами из плазмы, а также от электронной эмиссии. [228] Было обнаружено, что зарядка происходит даже за пределами области воздействия EUV, что указывает на то, что окружающая область подверглась воздействию электронов.
Из-за химического распыления углерода водородной плазмой [229] может образовываться наночастицы, [230] которые могут препятствовать экспонированию EUV-резиста. [231] [232]
Уменьшение дефектов на масках экстремального ультрафиолета (EUV) в настоящее время является одной из наиболее важных проблем, которые необходимо решить для коммерциализации EUV-литографии. [233] Дефекты могут быть скрыты под или внутри многослойного стека [234] или находиться поверх многослойного стека. Мезы или выступы образуются на распыляемых мишенях, используемых для многослойного осаждения, которые могут отпадать в виде частиц во время многослойного осаждения. [235] Фактически, дефекты атомной высоты (0,3–0,5 нм) с полушириной 100 нм все еще могут быть напечатаны, демонстрируя 10% CD-воздействие. [236] IBM и Toppan сообщили на Photomask Japan 2015, что более мелкие дефекты, например, размером 50 нм, могут иметь 10% CD-воздействие даже при высоте 0,6 нм, но при этом оставаться необнаруживаемыми. [237]
Кроме того, край фазового дефекта еще больше снизит отражательную способность более чем на 10%, если его отклонение от плоскостности превысит 3 градуса из-за отклонения от целевого угла падения 84 градуса по отношению к поверхности. Даже если высота дефекта невелика, край все равно деформирует вышележащий многослойный слой, создавая расширенную область, где многослойный слой наклонен. Чем резче деформация, тем уже протяженность края дефекта, тем больше потеря отражательной способности.
Ремонт дефекта EUV-маски также более сложен из-за упомянутого выше изменения освещения поперек щели. Из-за различной чувствительности затенения поперек щели высота ремонтного осаждения должна контролироваться очень тщательно, будучи разной в разных положениях поперек щели освещения EUV-маски. [238]
GlobalFoundries и Lawrence Berkeley Labs провели исследование Монте-Карло для моделирования эффектов смешивания между слоями молибдена (Mo) и кремния (Si) в многослойной структуре, которая используется для отражения EUV-света от EUV-маски. [239] Результаты показали высокую чувствительность к изменениям толщины слоя в атомном масштабе. Такие изменения не могут быть обнаружены с помощью измерений отражательной способности в широкой области, но будут значительными в масштабе критического размера (CD). [239] Локальное изменение отражательной способности может составлять порядка 10% для стандартного отклонения в несколько нм. [240]
Многократные импульсы EUV с энергией менее 10 мДж/см2 могут привести к накоплению повреждений в многослойном зеркальном оптическом элементе Mo/Si с покрытием Ru. [241] Угол падения составил 16° или 0,28 рад, что находится в диапазоне углов для оптической системы с числовой апертурой 0,33.
Производственным инструментам EUV нужна пленка для защиты маски от загрязнения. Обычно ожидается, что пленки будут защищать маску от частиц во время транспортировки, входа в камеру экспонирования или выхода из нее, а также самого экспонирования. Без пленок добавки частиц снизили бы выход, что не было проблемой для обычной оптической литографии со светом 193 нм и пленками. Однако для EUV возможность использования пленки серьезно оспаривается из-за требуемой тонкости экранирующих пленок для предотвращения чрезмерного поглощения EUV. Загрязнение частицами было бы недопустимым, если бы пленки не были стабильны выше 200 Вт, т. е. целевой мощности для производства. [242]
Нагрев пленки маски EUV (температура пленки до 750 К для падающей мощности 80 Вт) является серьезной проблемой из-за возникающей деформации и снижения пропускания. [243] ASML разработала мембрану из поликремниевой пленки толщиной 70 нм, которая обеспечивает пропускание EUV на уровне 82%; однако менее половины мембран выдержали ожидаемые уровни мощности EUV. [244] Мембраны из пленки SiNx также вышли из строя при эквивалентных уровнях мощности источника EUV 82 Вт. [245] При целевых уровнях 250 Вт пленка, как ожидается, достигнет 686 градусов Цельсия, [246] что значительно выше точки плавления алюминия. Альтернативные материалы должны обеспечивать достаточную передачу, а также сохранять механическую и термическую стабильность. Однако графит, графен или другие углеродные наноматериалы (нанолисты, нанотрубки) повреждаются EUV из-за высвобождения электронов [247] , а также слишком легко травятся в водородной очищающей плазме, которая, как ожидается, будет использоваться в сканерах EUV. [248] Водородная плазма также может травить кремний. [249] [250] Покрытие помогает улучшить устойчивость к водороду, но это снижает пропускание и/или излучательную способность, а также может повлиять на механическую стабильность (например, вздутие). [251]
Морщины на пленках могут вызывать неоднородность КД из-за неравномерного поглощения; это хуже для более мелких морщин и более когерентного освещения, т. е. меньшего заполнения зрачка. [252]
При отсутствии пленок чистота EUV-маски должна быть проверена до того, как будут экспонированы фактические пластины продукта, используя пластины, специально подготовленные для проверки дефектов. [253] Эти пластины проверяются после печати на предмет повторяющихся дефектов, указывающих на грязную маску; если таковые обнаружены, маску необходимо очистить и экспонировать еще один набор инспекционных пластин, повторяя поток, пока маска не станет чистой. Любые затронутые пластины продукта должны быть переработаны.
Компания TSMC сообщила о начале ограниченного использования собственной пленки в 2019 году и дальнейшем ее расширении [254], а Samsung планирует внедрить пленку в 2022 году [255].
Как обсуждалось выше, в отношении удаления загрязнений водород, используемый в последних системах EUV, может проникать в слои маски EUV. TSMC указала в своем патенте, что водород будет проникать через край маски. [256] После захвата образовывались дефекты в виде выпуклостей или пузырей, [218] которые могли привести к отслаиванию пленки. [256] По сути, это дефекты в виде пузырей, которые возникают после достаточного количества экспозиций маски EUV в водородной среде.
EUV-литография особенно чувствительна к стохастическим эффектам. [257] [258] В большой популяции элементов, напечатанных EUV, хотя подавляющее большинство из них решено, некоторые полностью не печатаются, например, отсутствуют отверстия или линии перемычек. Известный значительный вклад в этот эффект — доза, используемая для печати. [259] Это связано с дробовым шумом , который будет обсуждаться ниже. Из-за стохастических изменений в количестве поступающих фотонов некоторые области, предназначенные для печати, на самом деле не достигают порога печати, оставляя неэкспонированные дефектные области. Некоторые области могут быть переэкспонированы, что приводит к чрезмерной потере резиста или сшивке. Вероятность стохастического отказа увеличивается экспоненциально по мере уменьшения размера элемента, и для того же размера элемента увеличение расстояния между элементами также значительно увеличивает вероятность. [259] Деформированные разрезы линий представляют собой значительную проблему из-за потенциального искрения и короткого замыкания. [260] Выход продукции требует обнаружения стохастических отказов ниже 1e-12. [259]
Тенденция к стохастическим дефектам усиливается при расфокусировке при большом заполнении зрачка. [261] [262]
Для одной и той же популяции могут существовать множественные режимы отказа. Например, помимо перекрытия канавок, линии, разделяющие канавки, могут быть разорваны. [259] Это можно объяснить стохастической потерей резиста, [257] из-за вторичных электронов. [263] [264] Случайность числа вторичных электронов сама по себе является источником стохастического поведения в изображениях резиста EUV.
Сосуществование стохастически недоэкспонированных и переэкспонированных дефектных областей приводит к потере дозового окна на определенном уровне дефекта после травления между обрывами паттерна с низкой и высокой дозой. [265] Следовательно, преимущество разрешения от более короткой длины волны теряется.
Нижний слой резиста также играет важную роль. [259] Это может быть связано с вторичными электронами, генерируемыми нижним слоем. [266] Вторичные электроны могут удалить более 10 нм резиста с открытого края. [263] [267]
Уровень дефектов составляет порядка 1 К/мм2 . [ 268] В 2020 году Samsung сообщила, что 5-нм макеты имеют риски технологических дефектов, и начала внедрять автоматизированную проверку и исправление. [269]
Фотонный дробовой шум также приводит к стохастической ошибке размещения края. [270] Фотонный дробовой шум в некоторой степени усиливается факторами размытия, такими как вторичные электроны или кислоты в химически усиленных резистах; когда размытие значительно, оно также снижает контраст изображения на краю. Ошибка размещения края (EPE) размером до 8,8 нм была измерена для металлического рисунка с шагом 48 нм, напечатанного в EUV. [271]
При естественном распределении Пуассона из-за случайного времени прибытия и поглощения фотонов [272] [273] ожидается естественное изменение дозы (числа фотонов) по крайней мере в несколько процентов 3 сигма, что делает процесс экспозиции восприимчивым к стохастическим изменениям. Изменение дозы приводит к изменению положения края объекта, фактически становясь компонентом размытия. В отличие от жесткого предела разрешения, налагаемого дифракцией, дробовой шум накладывает более мягкий предел, при этом основным ориентиром является спецификация шероховатости ширины линии ITRS (LWR) 8% (3s) от ширины линии. [274] Увеличение дозы уменьшит дробовой шум, [275] но это также требует более высокой мощности источника.
Две проблемы дробового шума и высвобождаемых в EUV-диапазоне электронов указывают на два ограничивающих фактора: 1) поддержание дозы достаточно высокой для снижения дробового шума до приемлемых уровней, но также 2) избегание слишком высокой дозы из-за повышенного вклада высвобождаемых в EUV-диапазоне фотоэлектронов и вторичных электронов в процесс экспонирования резиста, увеличивая размытость краев и тем самым ограничивая разрешение. Помимо влияния на разрешение, более высокая доза также увеличивает выделение газа [276] и ограничивает пропускную способность, а сшивание [277] происходит при очень высоких уровнях дозы. Для химически усиленных резистов более высокая доза облучения также увеличивает шероховатость края линии из-за разложения кислотного генератора. [278]
Даже при более высоком поглощении при той же дозе EUV имеет большую проблему дробового шума, чем длина волны ArF (193 нм), в основном потому, что он применяется к более тонким резистам. [279]
Из-за стохастических соображений дорожная карта литографии IRDS 2022 теперь допускает увеличение доз для меньших размеров элементов. [280]
Разрешение EUV, вероятно, будет скомпрометировано стохастическими эффектами. Плотность стохастических дефектов превысила 1/см 2 при шаге 36 нм. [281] [282] В 2024 году экспонирование EUV-резиста ASML выявило дефектную плотность отверстий контакта с отсутствующим и перекрывающим шагом 32 нм >0,25/см 2 (177 дефектов на пластину), что усугубляется более тонким резистом. [283] ASML указала, что шаг 30 нм не будет использовать прямое экспонирование, а будет использовать двойное формирование рисунка. [284] Intel не использовала EUV для шага 30 нм. [285]
Для шагов меньше половины длины волны, деленной на числовую апертуру, необходимо дипольное освещение. Это освещение заполняет максимум листовидную область на краю зрачка. Однако из-за 3D-эффектов в маске EUV [286] меньшие шаги требуют еще меньших частей этой листовидной формы. Ниже 20% зрачка пропускная способность и стабильность дозы начинают страдать. [54] Более высокая числовая апертура позволяет использовать большее заполнение зрачка для того же шага, но глубина фокуса значительно уменьшается. [287]
Ожидается, что EUV будет использовать двойной рисунок с шагом около 34 нм с NA 0,33. [288] [289] Это разрешение эквивалентно «1Y» для DRAM. [290] [291] В 2020 году ASML сообщила, что 5-нм слой M0 (минимальный шаг 30 нм) требует двойного рисунка. [284] Во второй половине 2018 года TSMC подтвердила, что ее 5-нм схема EUV по-прежнему использует многошаблонное нанесение , [292] также указав, что количество масок не уменьшилось с ее 7-нм узла, который использовал обширный многошаблонный DUV, до ее 5-нм узла, который использовал обширный EUV. [293] Поставщики EDA также указали на продолжающееся использование потоков многошаблонного нанесение. [294] [295] Хотя Samsung представила свой собственный 7-нм процесс с EUV-единичным рисунком, [296] она столкнулась с сильным фотонным дробовым шумом, вызывающим чрезмерную шероховатость линий, что потребовало более высокой дозы, что привело к снижению пропускной способности. [272] 5-нм узел TSMC использует еще более жесткие правила проектирования. [297] Samsung указала, что меньшие размеры будут иметь более сильный дробовый шум. [272]
В дополнительной схеме литографии Intel при половинном шаге 20 нм EUV будет использоваться только во втором экспонировании резки линий после первого экспонирования печати линий 193 нм. [298]
Также можно ожидать многократных экспозиций, когда два или более шаблонов в одном слое, например, с разным шагом или шириной, должны использовать разные оптимизированные формы зрачка источника. [299] [300] [301] [302] Например, при рассмотрении ступенчатой решетки с вертикальным шагом 64 нм изменение горизонтального шага с 64 нм до 90 нм значительно изменяет оптимизированное освещение. [55] Оптимизация маски источника, основанная только на решетках с линейным пространством и решетках от кончика к кончику, не влечет за собой улучшения для всех частей логического шаблона, например, плотной траншеи с зазором с одной стороны. [299] [303]
В 2020 году ASML сообщила, что для узла 3 нм расстояние между центрами контактов/переходных отверстий в 40 нм или меньше потребует двойной или тройной структуры для некоторых схем расположения контактов/переходных отверстий. [304]
Для металлического шага 24–36 нм было обнаружено, что использование EUV в качестве (второго) режущего экспонирования имело значительно более широкое технологическое окно, чем полное однократное экспонирование для металлического слоя. [305] [299]
Также ожидается многократное воздействие одной и той же маски для управления дефектами без пленок, что ограничивает производительность, как и многократное нанесение рисунка. [253]
Самовыравнивающееся литографическое травление-литографическое травление (SALELE) представляет собой гибридную технологию SADP/LELE, реализация которой началась с 7 нм. [306] Самовыравнивающееся литографическое травление-литографическое травление (SALELE) стало общепринятой формой двойного шаблонирования для использования с EUV. [307]
Возврат к расширенным поколениям одиночных шаблонов возможен с инструментами с более высокой числовой апертурой (NA). NA 0,45 может потребовать перенастройки на несколько процентов. [308] Увеличение уменьшения увеличения может избежать этой перенастройки, но уменьшенный размер поля серьезно влияет на большие шаблоны (один кристалл на поле 26 мм × 33 мм), такие как многоядерные многомиллиардные транзисторные 14 нм чипы Xeon. [309] требуя сшивания поля двух экспозиций маски.
В 2015 году ASML раскрыла подробности своего анаморфного EUV-сканера следующего поколения с числовой апертурой 0,55. Эти машины стоят около 360 миллионов долларов США. [33] Уменьшение увеличения увеличивается с 4× до 8× только в одном направлении (в плоскости падения). [310] Однако числовая апертура 0,55 имеет гораздо меньшую глубину фокуса, чем иммерсионная литография. [311] Кроме того, было обнаружено, что анаморфный инструмент с числовой апертурой 0,52 демонстрирует слишком большую изменчивость CD и размещения для единичной экспозиции узла 5 нм и резки с несколькими узорами. [312]
Глубина фокуса [313], уменьшающаяся за счет увеличения числовой апертуры, также вызывает беспокойство [314], особенно в сравнении с многошаблонными экспозициями с использованием иммерсионной литографии 193 нм:
Инструменты EUV с высокой числовой апертурой также страдают от затенения, что может привести к ошибкам в отображении определенных узоров. [315]
Ожидается, что первые инструменты с высокой числовой апертурой появятся в Intel не ранее 2025 года. [316]
Для узлов с размером менее 2 нм системы EUV с высокой числовой апертурой будут подвержены ряду проблем: пропускная способность, новые маски, поляризация, более тонкие резисты, а также размытость и случайность вторичных электронов. [317] Уменьшенная глубина фокуса требует толщины резиста менее 30 нм, что, в свою очередь, увеличивает стохастические эффекты из-за снижения поглощения фотонов.
По оценкам, размытие электронов составляет не менее ~2 нм, что достаточно, чтобы свести на нет преимущества литографии EUV с высокой числовой апертурой. [318] [319]
Помимо высокой числовой апертуры, в 2024 году ASML объявила о планах по разработке инструмента с гипер-чиповой апертурой EUV с числовой апертурой более 0,55, например, с числовой апертурой 0,75 или 0,85. [320] [321] Эти машины могут стоить 720 миллионов долларов США каждая и, как ожидается, будут доступны в 2030 году. [33] Проблема с гипер-чиповой апертурой заключается в поляризации света EUV, вызывающей снижение контрастности изображения. [320] [322]
Гораздо более короткая длина волны (~6,7 нм) будет за пределами EUV и часто упоминается как BEUV (за пределами экстремального ультрафиолета). [323] При нынешних технологиях длины волн BEUV будут иметь худшие эффекты дробового шума без обеспечения достаточной дозы. [324]
{{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )